基于热声效应的功率型LED强化散热机理研究

本课题以LED芯片、封装结构、散热器、外部气流场构成的整个系统为研究对象，深入探究散热过程机理，致力于全面揭示功率型LED的强化散热机理。在理论方面，基于DES（Detached Eddy Simulation）算法和流固耦合理论，利用计算流体动力学方法建立包含LED模块、散热器和外部气流场的整体数学模型，对模型数值求解，研究LED封装结构、散热器结构型式和外部气流场条件对散热过程的影响规律。拓展微型热声发动机理论，发展面向对象的LED散热策略；在实验方面，搭建功率型LED器件的热管理平台，积极运用面向对象的散热策略，研制"能量转换型"热声散热器，将LED芯片所产生热量高效转移的同时转换成可直接利用的声场能。通过理论建模、数值计算和实验三种研究手段的有机结合，探索强化功率型LED散热的有效途径，为实现功率型LED器件的高效散热奠定理论基础。

本课题以LED芯片、封装结构、散热器、外部气流场构成的整个灯具系统为研究对象，深入探究LED灯具的散热过程机理，致力于全面揭示功率型LED的强化散热机理。经过三年深入和系统的研究，已取得一系列研究成果，完成了既定研究计划。.在理论方面，基于DES（Detached EddySimulation）算法和流固耦合理论，利用计算流体动力学方法建立了包含LED模块、散热器和外部气流场的整体数学模型，对模型数值求解，研究了LED封装结构、散热器结构型式和外部气流场条件对散热过程的影响规律。拓展热声热机和微型热声发动机理论，深入研究了热声起振机理，探究了降低热声发动机起振温度的有效途径，使热声系统可以在小温差下工作，为利用热声方法有效控制LED灯具的温升奠定理论基础。利用热声学、流体力学、电学基本理论，将直线发电机与热声技术结合起来，建立了完整的热声发电系统的数学物理模型。发展了面向对象的LED散热策略。在实验方面，参照欧洲相关测试方法和标准，搭建了一个功率型LED器件的热管理研究平台，测试条件可以与数值仿真条件相对应。对一系列LED灯具开展了系统的实验研究，包括大功率LED球泡灯、LED射灯、LED路灯等，通过对比数值模拟结果与实验测试结果，验证了数值模型的正确性，同时揭示了实验方法无法直接测量的参数变化规律，如LED灯具外部气流的速度分布、密度分布和局部细致的温度场。积极运用面向对象的散热策略，将热声冷却系统小型化，创新性地提出了压电驱动器驱动的热声制冷机原理机，拓展了热声热机的研究和应用领域。.本课题通过理论建模、数值计算和实验三种研究手段的有机结合，利用热声理论和技术原理，探索了强化功率型LED 散热的有效方法和技术途径，为实现功率型LED 器件的高效散热奠定了理论基础。